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Federanordnung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Federanordnung zum Vorspannen
eines Bauteils einer Maschine oder eines Werkzeugs, die als kompakte Einheit eingesetzt
und ausgewechselt werden kann. Auf den verschiedensten Gebieten der Technik ist
es oft erforderlich, einem Bauteil eine gewisse Vorspannung zu geben. Dieses Problem
tritt beispielsweise bei einem Folgeverbundwerkzeug auf. Die der Erfindung zu Grunde
liegende Aufgabe soll deshalb an einem solchen Werkzeug näher erläutert werden.
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In der Folgestanz-, Zieh- und Prägetechnik werden Normgestelle verwendet,
in welche die zur Verformung eines durchlaufenden Blechstreifens erforderlichen
Werkzeuge eingebaut werden.
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Ein solches Gestell besteht normalerweise aus einer Grundlatte, einer
Zwischen- und einer Druckplatte. Die Grundplatte ist feststehend und meist mit ouer
zur Durchlaufrichtung des Blechatreifens angeordneten, höhenverschieblichen Federbolzen
ausgerüstet, die je mit einem Schlitz für die Führung des zu verformonden Blechstreifens
versehen sind. Die Zwlschen- und Druckplatte stehen über Dru-kfedern und Hubbegrenzer
funktionell miteinander in Verbindung. Unter der Einwirkung eines auf die Druckplatte
ausgeübten :;ußeren Druckes vollzieht sich der Arbeitshub der Druck- und Zwischenplatte,
während bei nachlassendem äußeren Druck der Entlastungshub die Druck- und Zwischenplatte
in die Ausgangsposition zurückführt. Während des Arbeitshubes bewegen sich zunächst
Druck- und Zwischenplatte gemeinsam auf die feststehende Grundplatte zu. Nachdem
die Zwischenplatte auf der Grundplatte zum Aufsitzen gekommen ist, verringert sich
bei weiterer Bewegung der Druckplatte auch ihr Abstand gegenüber dcs Zwischenplntte.
Dbei werden die Federn mehr odnr weniger zusammengedrückt und die TC£arbeitungswerk
zeuge am Blechstreifen wirksam. Während des Entlastungshubes entfernen sich Druck-
und Zwischenplatte in umgekehrter Reihenfolge Jon der Beststehenden Grundplatte,
wobei sich die sendern ider entspannen und die Verformungswerkzeuge vom Blechstreifen
abgestreift werden. In der Endstellung
des Entlastun,shubes haben die Hubbagrenzer das Gewicht der Zwischenplatte zu tragen.
Bei diesen Hubbewegungen werden Druck- und Zwischenplatte von mehreren Führungssäulen
geführt.
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An der Unterseite der Druckplatte e ist eine Stampelhaltaplette für
die verschiedenen Werkzeuge und an der Unterseite der Zwischenplatte eine Anpreßplatte
für das Andrücken des Dlechstreifens starr befestigt. Die Zwischen- und AapreÜplatte
weisen im zentralen Teil durchgehende Öffnungen auf, durch die die in die Stempelhalteplatte
eingesetzten Verformungswerkzeuge, z.B. Loch-, Prägestempel usw. durchgreifen. Während
die Öffzungen in der Zwischenplatte gegenüber den Schäften der Verformungswerkzeuge
in bestimmten Fällen ein gewisses Spiel haben dürfen, müssen die durchgehenden Bohrungen
in der Anpreßplatte wegen der Präzision der Fertigung eine exakte Führung gewährleisten.
Die Relativbewegung zwischen Druck- und Zwischenplatte während des Arbeitshubes
muß möglichst klein gehalten werden, damit die Werkzaugschäfte während des Entlastungshubes
nicht aus dieser exakten Führung heraustreten Damit aber die Verformungswerkzeuge
bei kleiner Relativbewegung mit großer Kraft auf den Blechstreifen einwirken, müssen
die Federn vorgespannt werden.
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Bei den ältesten bekannten Normgestellen wurden lose Schraubenfedern
verwendet, die in Sacklöchern gehalten wurden, die in die Zwischenplatte und gegenüberliegend
in die Druckplatte eingearbeitet waren. Diese losen Federn hatten zunächst den Nachteil,
daß sie die Montage und Demontage des Gestells erschwerten. Bei der Montage mußte
darauf geachtet werden, daß die in die Sacklöcher der Zwischenplatte eingesetzten
Federn genau in das gegenüberliegende Sackloch eingriffen und Verkantungan und dergl.
vermieden wurden. Wenn infolge eines Federbruches eine Demontage erforderlich wurde,
konnte es passieren, daß beim Abheben der Druckplatte intakte Schraubenfadarn aus
der Zwischenplatte heraussprangen. Außerdem konnten Teile einer gebrochenen Feder
den Betriebs ablauf stören und Schäden verursachen. Schließlich lassen in Sacklöcher@lose
gehaltene Schraubanfadern seitliche Verschiebungen der Platten gegeneinander zu.
Diese senkrecht zur Achse der Werkzeuge gerichteten
Kräfte beeinträchtigten
nicht nur die Präzision der Fertigung, sondern konnten auch zum Bruch dünner Werkzeugschäfte
führen. Das Einstellen der Vorspannung wurde mit Hilfe nachstellbarer Subbegrenzer
bewerkstelligt mit der Folge, daß diese am Ende des Entlastungahubes neben dem zu
tragenden Gewicht der Zwischenplatte zusätzlich mit diesem Vorspanndruck belastet
waren, was insbesondere bei extrem hohen Vorspanndrücken sehr nachteilig ist. Es
ist auch praktisch unmöglich, mehrere Hubbegrenzer gleichzeitig unter Federdruck
nachzustellen. Beim Nachstellen nacheinander sind aber Verkantungen der Platten
nicht zu vermeiden, die bekanntlich den Bruch dünner Werkzeugschäfte zur Folge haben
können.
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Es ist auch bekannt, Schraubenfedern zu verwenden, die von einer besonderen
Haltevorrilitung in Position gehalten werden Dadurch werden die genannten Nachteile
bei der Montage und Demontage vermieden. Andererseits wirken aber die Vorspannkräfte
nach wie vor als zusätzliche Belastung auf die Hubbegrenzer.
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Außerdem lassen diese Federanordnungen noch seitliche Verschiebungen
der beiden Platten gegeneinander zu.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Federanordnung zu
schaffen, die für alle Einzelfedern die exakte Einstellung der gleichen Vorspannung
ermöglicht, die die flubbegrenzer nicht zusätzlich belastet, jegliche seitliche
Verschiebung der Platten gegeneinander unmöglich macht, als zusammengesetzte Einheit
auf einfache Weise eingesetzt, ausgewechselt und auf einen anderen Vorspanndruck
umgestellt werden kann.
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5 uln aber schon Federanordnungen bekannt, bei denen die Vorspunnung
die Hubbegrenzer nicht belastet und die seitliche Verschiebungen der beiden Platten
gegeneinander weitgehend verhindern. Auch läßt sich die Vorspannung relativ gut
einstellen. Sie haben aber den Nachteil, daß sich die eingestellte Vorspannung im
Lauf der Zeit merklich ändert, so daß mehrere Federanordnungen nicht mehr unter
gleichem Druck stehen.
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Die Einstellung eines gänzlich anderen Vorspanndruckes ist mit diesen
bekannten Anordnungen nicht möglich.
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Diese Federanordnungen bestehen aus einem oder mehreren zylindrischen
elastischen Körnern, z.B. aus Gumnii oder I;unststoff,
die in einer
metallenen Hülse untergebracht sind. Sie sind auf einen Bolzen aufgeschoben und
zwischen zwei Scheiben eingespannt, von denen die eine auf dom Bolzen gleitbar ang
ordnet und die andere mittels eines Gewindes auf den Bolzen aufgeschraubt und somit
axial unbeweglich ist. Die Einhait wird nit dem überstehenden Ende des Bolzens in
ein Sackloch der Zwischenplatte eingesetzt.
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Die Federwirkung elastischer Vollkörper beruht bekanntlich im wesentlichen
auf der Zusammendrückbarkeit des Materials und teilweise auch auf der radialen Materialverdrängung.
Als eerde Elemente benutzt haben sie den Nachteil, daß der Federweg der Belastung
nicht linear proportional ist. Mit linear zunehmender Belastung wird der Federweg
immer kleiner, und die Grenze der Zusammendrückbarkeit ist schnell erreicht. Ein
weiterer Nachteil solcher Materialien ist ihre im Laufe der Zeit zunehmende Ermüdung.
Die eingestellte Vorspannung stimmt dann nicht mehr, und eine Nrchspannung ist nicht
ohne weiteres rnöglich.
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Demgegenüber ist bei Schraubenfedern der Federweg der Belastunproportional.
Infolge erheblich geringerer Ermüdung bleibt die eingestellte Vorspannung praktisch
konstant. Außerdem kann man eine Schraubenfeder gegen eine andere gleicher Höhe
und gleichen Durchmessers, aber mit einer ganzlich anderen Federkonstante auswechseln
und dadurch eine ganz andere Vorspannung' erreichen.
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Die Federanordnung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine
zwischen zwei Scheiben angeordnete Schraubenfeder, einen die Feder und die Scheiben
durchsetzenden J3olzen, der am unteren nde mit einem Gewindestutzen und am oberen
Ende mit einem Kragen versehen ist, und ein den Bolzen umgebendes, das Gewinde des
Gewindestutzens teilweise überlappendes und am Kragen des Bolzens anliegendes Distanzrohr,
auf dem eine der Scheiben axial verschiebbar angeordnet ist, während die Andere
Scheibe auf den Gewindestutzen bis zum Anschlag an das Distanzrohr aufgeschraubt
ist.
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In weiterer Ausgesteltung der J£rfindung kann d.s Distanzrohr aus
mehreren Rohrstücken bestehen um die Gesamtlänge ändern zu können.
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Der Bolzen kann mit Seinem Kragen und ggf. auch mit dem oberen
Stück
des Distanzrohres aus einem Stück gefertigt sein.
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Die beiden Scheiben sind zweckmäßig mit einem die Schraubenfeder zentrierenden
Ansatz ersehen.
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In der Zeichnung ist ein Au'füi?1ungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 die Federano@dnung als selbständige Einheit im Schnitt, Fig.
2 die Federanordnung im eingebauten Zustand in einem Folgeverbundwerkzeug am Ende
des Entlastungshubes und Fig. 3 den Einbau gemäß Dig. 2 am Ende des Arbeitshubes.
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Mit Bezug auf Fig. 1 besteht die Federanordnung 1 aus einer Schraubenfeder
2, die zwischen zwei Scheiben 3 und 4 eingespannt ist. Feder und Scheiben werden
von einem Bolzen 5 durchsetzt, der am unteren Ende mit einem Gewindestutzen 6 und
am oberen Ende nit einem Kragen 7 versehen ist. Beim Ausführungsbeispiel besteht
dieser Kragen aus einer losen Scheibe, die am Kopf 8 des Bolzens 5 anliegt. Der
Bolzen ist von einem Distanzrohr 9 umgeben, das das Gewinde des Gewindestut zens
6 teilweise überlappt und am Kragen 7 anliegt. Bei gleichen Bauelementen wird jede
Federanordnung dadurch auf die gleiche Vorspannung eingestellt, daß die Scheibe
3 fest bis zum Anschlag an das Distanzrohr 9 auf den Gewindestutzen 6 aufgeschraubt
wird. Das Distanzrohr kann aus mehreren Rohr-Stücken bestehen.
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Die Vorspannung kann zum einen dadurch auf einen anderen Wert eingestellt
werden, daß bei gleichbleibender Distanzrohrlänge eine andere leder mit gleichen
Abmessungen, aber mit einer anderen Federkonstante eingesetzt wird. Zum anderen
kann sie auch dadurch verändert werden, daß ein oder mehrere Teilstükke des Di stanzrohres
abgezogen oder zugefügt werden, und die Scheibe 3 wieder bis zum Anschlag auf den
Gewindestutzen 6 aufgeschraubt wird. Es können auch beide Haßnahmen zugleich vorgenommen
werden. Die Federanordnung als zusammengesetzte Einheit Irinn in verschiedenen Größen
und mit unterschiedlicher Vorspannung in den Handel gebracht werden, wodurch dem
Konstukteur die Arbeit bezüglich Raumaufteilung usw. erheblich erleichtert wird.
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Der Bolzen 5 kann mit dem Kragen 7 und ggf. auch mit dem oberen Teil
des Distanzrohres 9 aus einem Stück gefertigt sein.
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Die Scheiben 3 und 4 sind zweckmäßig mit einem die Schraubenfeder
2 zentrierenden Bund 3a und 4a versehen.
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Mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 ist mit 10 die feststehende Grundplatte,
mit 11 die Zwischenplatte mA mit 12 die Druckplatte des Normgestells eines Folgeverbundwerkzeugs
bezeichnet.
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An der Druckplatte 12 ist eine Stempelhalteplatte 13 und an der Zwischenplatte
11 eine Anpreßplatte 14 starr befestigt. Mit 15 ist ein in die Stempelhalteplatte
13 eingesetztes Verformungswerkzeug bezeichnet, das die Zwischenplatte 11 und die
Anpreßplatte 14 durchsetzt und dessen Schaft in der letzteren exakt geführt wird.
Die Platten 11 und 12 stehen über Federanordnungen 1 und Hubbegrenzer 16 funktionell
miteinander in Verbindung.
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Wie Fig. 2 zeigt, liegen am Ende des Entlastungahubes die -hubbegrenzer
16 auf dem Grund 17 der Sackbohrung 18 auf, während zwischen der Scheibe 4 der Federanordnung
1 und der Druckplatte 12 ein kleiner Spalt 19 vorhanden ist. Die Vorspannkräfte
der Federanordnungen werden somit nicht auf die Hubbegrenzer 16 übertragen, die
in dieser Endstellung nur das Gewicht der Zwischenplatte 11 zu tragen haben. Die
Freibohrung 20 gewährleistet die Kopffreiheit des Federbolmens 5 mit Kragen 7. (Fig.1)
Wird mittels eines Stößels ein äußerer Druck auf die Druckplatte 12 ausgeübt, bewegen
sich die Platten 11 und 12 zunächst beide nach unten. Sobald die Zwischenpiatte
11 bei 21 auf der Grundplatte 10 zum Aufsitzen kommt und die mit ihr fest verbundene
Anpreßplatte 14 den Blechstreifen 22 angedrückt hat, bewegt sich die Druckplatte
12 auch gegenüber der Zwischenplatte 11 weiter nach unten. Dabei werden die Federn
weiter zusammengedrückt und die Verf ormungswerkz euge gegen bezw. durch den Blechstreifen
gepreßt. (Fig.3) Je höher nun die Vorspannung der Federanordnungen ist, desto größer
ist die Kraft, mit der die Druckplatte die Verformungswerkzeuge gegen den Blechstreifen
drückt, Da zur Bearbeitung des Blechstreifens ein bestimmter Druck erforderlich
:i st, wird mit größerer Vorspannung der Federanordnungen der Hub zur Erzeugung
des restlichen Druckes kleiner. Mit kleinerem Arbeitshub wird sichergestellt, da£
die Werkzeugschäfte beim Entlastungshub innerhalb der exakten Führung der Anpreßplatte
14 verbleiben, Dadurch, daß die Feder
bolzen 5 mit ihrem Gewindestutzen
6 fest in die Zwischenplatte 11 eingeschraubt sind und die Kragen 7 in der Freibohrung
20 mit geringem Spiel geführt erden, sind seitliche Bewegungen der Platten gegeneinander
praktisch unmöglich, wozu auch die als Kontermutter wirkende großflächige Scheibe
3 beitrag.
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Die Federanordnung gemäß der Erfindung kann als zusammengefaßte Einheit
auf einfache Weise ein- und ausgebaut und auf einen anderen Vorspanndruck umgestellt
werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Verwekdung in Folgeverbundwerkzeugen
beschränkt, sondern kann auch auf anderen Gebieten der Technik Verwendung finden.
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L e e r s e i t e